CN112368134A - 用于制造用于风力涡轮转子叶片的翼梁帽的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及用于制造用于风力涡轮转子叶片的翼梁帽的方法。在某些实施例中，方法包括经由三维(3D)拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽的外框架。因而，外框架具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片的沿其翼展的变化的截面。方法还包括在翼梁帽的拉挤外框架内布置多种结构材料(例如，拉挤板的层)，以及经由树脂材料将结构材料和外框架灌注在一起以便形成翼梁帽。所得到的翼梁帽然后可容易结合到常规的转子叶片制造工艺中和/或焊接或结合到现有的转子叶片。
Description
技术领域
本发明大体上涉及风力涡轮领域，且更特别地涉及用于制造用于风力涡轮转子叶片的翼梁帽的方法。
背景技术
风力被认为是目前可得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转换为电能的主要元件。叶片具有翼型的截面轮廓，使得在操作期间空气流过叶片，在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧表面朝吸力侧表面引导的升力作用于叶片。升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴以齿轮连接到发电机以用于产生电力。
转子叶片典型地由沿叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起的吸力侧壳和压力侧壳组成。内部抗剪(shear)腹板在压力侧壳部件与吸力侧壳部件之间延伸，且结合至固定到壳部件内面的相反翼梁帽。关于典型的叶片构造，翼梁帽是跨过转子叶片长度的连续部件。
叶片构件中的许多由复合层压材料构成，该复合层压材料可选地(例如经由树脂灌注工艺)用一种或多种纤维材料增强。例如，常规的翼梁帽使用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)来形成。VARTM工艺是使用真空压力来将树脂驱动到模具中的技术。更特别地，层片或拉挤板可放置到模具中且用灌注袋覆盖。然后施加真空且将树脂引入到翼梁帽模具中以形成翼梁帽。
然而，一旦拉挤板机加工，传送到翼梁帽模具可为困难的。另外，在制造工艺期间，拉挤板可在构件灌注在一起之前在模具内移动。
因此，行业将受益于解决上述问题的用于翼梁帽的改进的制造工艺。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中明显，或可通过实施本发明来获悉。
在一方面，本公开内容涉及一种用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法。方法包括经由三维(3D)拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽的外框架。因而，外框架具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片的沿其翼展的变化的截面。方法还包括在翼梁帽的拉挤外框架内布置多种结构材料。此外，多种结构材料可包括热塑性或热固性层片或拉挤部件。另一步骤包括经由树脂材料将多种结构材料和外框架灌注在一起以便形成翼梁帽，以及允许翼梁帽固化。
在一个实施例中，拉挤翼梁帽的外框架的步骤可包括由用一种或多种纤维材料增强的热塑性材料拉挤成外框架。在此类实施例中，纤维材料可包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚合物纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、木纤维、竹纤维或其组合。
在另一实施例中，拉挤翼梁帽的外框架的步骤可包括拉挤外框架的延伸的侧边缘。因而，在某些实施例中，延伸的侧边缘可构造为抗剪夹以用于附接到转子叶片的抗剪腹板。
备选地，方法可包括使延伸的侧边缘朝外框架的中心折叠以便将多种结构材料保持于其中。在还备选的实施例中，方法可包括使延伸的侧边缘远离外框架的中心折叠以产生外框架的相反凸缘，以及将凸缘固定到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面。
在此外的实施例中，方法可包括从外框架去除延伸的侧边缘。在额外的实施例中，方法可包括在翼梁帽的外框架内布置结构材料的多个层，以及在结构材料层之间布置一个或多个非结构层，一种或多种非结构材料包括玻璃罩、连续纤维垫或织物材料中的至少一种。
在另一方面，方法涉及一种用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法。方法包括形成翼梁帽的外框架。此外，方法包括机加工多种结构材料(例如热塑性或热固性层片或拉挤部件)。而且，方法包括在机加工之后将结构材料直接分配到翼梁帽的外框架中。如本文中使用的，机加工可包括但不限于切割、倒角、表面准备(例如化学、机械或其它)、划线、清洁、标签、涂覆或任何其它合适的机加工工艺。另一步骤包括经由热塑性或热固性树脂材料中的至少一种将多种结构材料和外框架灌注在一起，以便形成翼梁帽。另外，方法包括允许翼梁帽固化。
在一个实施例中，形成翼梁帽的外框架的步骤可包括加热热固性或热塑性材料，以及使材料形成为期望的叶片形状。备选地，形成翼梁帽的外框架的步骤可包括拉挤翼梁帽的外框架，例如经由3D拉挤。在另一实施例中，机加工多种结构材料的步骤可包括例如激光喷射切割或水喷射切割。还应理解的是，方法还可包括如本文中描述的额外步骤和/或特征中的任一个。
在又一方面，本公开内容涉及一种用于风力涡轮的转子叶片的翼梁帽。翼梁帽包括热塑性的纤维增强的外框架，其具有基部、从基部延伸的垂直侧壁以及与基部相反的开放端。此外，翼梁帽包括布置在外框架内的多种结构材料。如提到的，结构材料可包括热塑性或热固性层片或拉挤部件。而且，翼梁帽包括固化的树脂材料，其将多种结构材料固定在外框架内。
在一个实施例中，外框架可经由3D拉挤工艺来形成。在此类实施例中，外框架可具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片的沿其翼展的变化的截面。
在另一实施例中，外框架的侧壁可具有构造成增加其柔性的一个或多个穿孔线或槽。还应理解的是，翼梁帽还可包括如本文中描述的额外特征中的任一个。
在还另一方面，本公开内容涉及一种用于制造风力涡轮的转子叶片的方法。方法包括经由3D拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽的外框架。因而，外框架具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片的沿其翼展的变化的截面。此外，方法包括在第一翼梁帽的拉挤外框架内布置多种结构材料。结构材料可包括热塑性或热固性层片或拉挤部件。另一步骤包括将多种结构材料和外框架固定在一起，以便形成第一翼梁帽。此外，方法包括将第一翼梁帽的外框架连结到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的至少一个的内表面。
在一个实施例中，将翼梁帽的外框架连结到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面的内表面的步骤可包括将转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的至少一个的外蒙皮层铺设到壳模具中，将翼梁帽的外框架与外蒙皮相邻放置，将转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的至少一个的内蒙皮层铺设在翼梁帽的顶上，以及在外蒙皮层与内蒙皮层之间灌注翼梁帽。
在另一实施例中，方法可包括形成第二翼梁帽，将第一翼梁帽和第二翼梁帽中的一个连结到压力侧表面且将第一翼梁帽和第二翼梁帽中的另一个连结到吸力侧表面，以及将抗剪腹板固定在第一翼梁帽与第二翼梁帽之间。
在此外的实施例中，方法可包括将一个或多个带附接到翼梁帽的外框架的延伸的侧边缘，以及经由一个或多个带将翼梁帽放置到壳模具中。备选地，方法可包括围绕翼梁帽的外框架附接一个或多个带，以及经由一个或多个带将翼梁帽放置到壳模具中。
在额外的实施例中，方法可包括将转子叶片的一个或多个抗剪腹板固定到延伸的侧边缘。
在又一实施例中，方法可包括使延伸的侧边缘朝外框架的中心折叠以便将多种结构材料保持于其中(例如在灌注之前)，以及将外框架的基部附接到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面的内表面。在备选实施例中，方法可包括使侧边缘远离外框架的中心折叠以产生相反凸缘，以及将凸缘固定到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面。
在还额外的实施例中，方法可包括从外框架去除延伸的侧边缘。在此外的实施例中，方法可包括在翼梁帽的外框架内布置结构材料的多个层，以及在结构材料层之间布置一个或多个非结构层，一种或多种非结构材料包括玻璃罩、连续纤维垫或织物材料中的至少一种。
还应理解的是，方法还可包括如本文中描述的额外步骤和/或特征中的任一个。
在此外的方面，本公开内容涉及一种用于制造风力涡轮的转子叶片的方法。方法包括形成翼梁帽的外框架。另一步骤包括机加工多种结构材料，例如热塑性或热固性层片或拉挤部件。方法还包括在机加工之后将结构材料直接分配到翼梁帽的外框架中。此外，方法包括经由热塑性或热固性树脂材料中的至少一种将多种结构材料和外框架灌注在一起，以便形成翼梁帽。另外，方法包括将翼梁帽的外框架连结到转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面的内表面。
在一个实施例中，将翼梁帽的外框架连结到压力侧表面或吸力侧表面的内表面的步骤可包括将转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的至少一个的外蒙皮层铺设到壳模具中，将翼梁帽的外框架与外蒙皮相邻放置，将转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的至少一个的内蒙皮层铺设在翼梁帽的顶上，以及在外蒙皮层与内蒙皮层之间灌注翼梁帽。
还应理解的是，方法还可包括如本文中描述的额外步骤和/或特征中的任一个。
在又一方面，本公开内容涉及一种风力涡轮的转子叶片。转子叶片包括叶片壳，该叶片壳在叶片根部与叶片末端之间延伸且具有在前缘与后缘之间延伸的压力侧表面和吸力侧表面。此外，转子叶片包括与压力侧表面和吸力侧表面中的每者构造的相反翼梁帽。而且，相反翼梁帽中的每者包括热塑性的纤维增强的外框架，其包括基部、从基部延伸的垂直侧壁以及与基部相反的开放端。此外，翼梁帽中的每个包括布置在外框架内的多种结构材料，该结构材料包括热塑性或热固性层片或拉挤部件中的任一者或两者。另外，翼梁帽中的每个包括固化的树脂材料，其将多种结构材料固定在外框架内。还应理解的是，转子叶片还可包括如本文中描述的额外特征中的任一个。
参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合于该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且与描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放(enabling)的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1示出根据本公开内容的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出根据本公开内容的风力涡轮的模块化转子叶片的一个实施例的透视图；
图3示出图2的模块化转子叶片的分解视图；
图4示出根据本公开内容的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面图；
图5示出根据本公开内容的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面图；
图6示出沿线6-6的根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面图；
图7示出沿线7-7的根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面图；
图8示出根据本公开内容的用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法的一个实施例的流程图；
图9示出根据本公开内容的翼梁帽的一个实施例的局部透视图；
图10示出根据本公开内容的翼梁帽的外框架的一个实施例的局部透视图，特别地示出外框架的侧壁中的穿孔线；
图11示出根据本公开内容的翼梁帽的外框架的一个实施例的局部透视图，特别地示出外框架的侧壁中的槽或间隙；
图12示出根据本公开内容的转子叶片的一个实施例的截面图，特别地示出与转子叶片的压力侧表面和吸力侧表面构造的相反翼梁帽；
图13示出根据本公开内容的转子叶片的另一实施例的截面图，特别地示出与转子叶片的压力侧表面和吸力侧表面构造的相反翼梁帽以及构造在它们之间的抗剪腹板；
图14示出根据本公开内容的翼梁帽的一个实施例的截面图，特别地示出与翼梁帽的外框架的侧壁构造的一个或多个带；
图15示出根据本公开内容的用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法的另一实施例的流程图；
图16示出根据本公开内容的用于制造风力涡轮的转子叶片的方法的一个实施例的流程图；以及
图17示出根据本公开内容的用于制造风力涡轮的转子叶片的方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。事实上，对本领域技术人员将显见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各修改和变化。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可供另一实施例使用，以产生还此外的实施例。因此，意图的是，本发明包括如归于所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变化。
大体上，本公开内容涉及用于制造用于风力涡轮转子叶片的翼梁帽的方法。更特别地，在某些实施例中，方法包括经由3D拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽的外框架。因而，外框架具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片的沿其翼展的变化的截面。方法还包括在翼梁帽的拉挤外框架内布置多种结构材料(例如，拉挤板的层)，以及经由树脂材料将结构材料和外框架灌注在一起以便形成翼梁帽。所得到的翼梁帽然后可容易结合到常规的转子叶片制造工艺中和/或焊接或结合到现有的转子叶片。
因此，本主题提供现有技术中不存在的许多优点。例如，本公开内容提供不需要使用常规翼梁帽模具的用于制造翼梁帽的方法。因而，本公开内容消除将拉挤板传送到翼梁帽模具(其可为困难的)的需要。而且，本公开内容的方法减小对某些可消耗材料的需要。
现在参照图，图1示出根据本公开内容的风力涡轮10的一个实施例。如示出的，风力涡轮10包括塔架12，其中机舱14安装在该塔架12上。多个转子叶片16安装到转子毂18，该转子毂18继而连接到主凸缘，该主凸缘转动主转子轴。风力涡轮功率生成和控制构件容纳于机舱14内。图1的视图仅提供用于说明性目的以使本发明置于示例性使用领域中。应了解的是，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不限于供风力涡轮使用，而是可用于具有转子叶片的任何应用中。
现在参照图2和图3，示出根据本公开内容的转子叶片16的各视图。如示出的，所示出的转子叶片16具有分节段的或模块化构造。还应理解的是，转子叶片16可包括本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的构造。如示出的，模块化转子叶片16包括至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成的主叶片结构15，以及与主叶片结构15构造的至少一个叶片节段21。更特别地，如示出的，转子叶片16包括多个叶片节段21。叶片节段21也可至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成。
如本文中描述的热塑性转子叶片构件和/或材料大体上包含性质上可逆的塑料材料或聚合物。例如，热塑性材料典型地当加热到某个温度时变得易曲折或可模塑且在冷却时回复到较刚性的状态。此外，热塑性材料可包括非晶态热塑性材料和/或半晶态热塑性材料。例如，一些非晶态热塑性材料大体上可包括但不限于苯乙烯、乙烯基、纤维素、聚酯、丙烯酸、聚砜和/或酰亚胺。更特别地，示例性非晶态热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、糖化(glycolised)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、非晶态聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯或任何其它合适的非晶态热塑性材料。另外，示例性半晶态热塑性材料大体上可包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物、丙烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或缩醛。更特别地，示例性半晶态热塑性材料可包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮或任何其它合适的半晶态热塑性材料。
此外，如本文中描述的热固性构件和/或材料大体上包含性质上不可逆的塑料材料或聚合物。例如，热固性材料一旦固化，不能容易地重塑或回复到液态。因而，在初始成型之后，热固性材料大体上耐热、腐蚀和/或蠕变。示例的热固性材料大体上可包括但不限于一些聚酯、一些聚氨酯、酯类、环氧树脂或任何其它合适的热固性材料。
另外，如提到的，如本文中描述的热塑性和/或热固性材料可选地可用纤维材料增强，该纤维材料包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、木纤维、竹纤维、金属纤维或类似物或者其组合。另外，纤维的方向可包括双轴、单向、三轴或任何其它另一合适的方向和/或其组合。此外，纤维含量可取决于对应叶片构件中所需要的刚度、叶片构件在转子叶片16中的区域或位置和/或期望的构件的可焊接性来变化。
更特别地，如示出的，主叶片结构15可包括以下的任何一个或其组合：预成型的叶片根部区段20，预成型的叶片末端区段22，一个或多个连续翼梁帽48、50、51、53，一个或多个抗剪腹板35(图6-7)，固定到叶片根部区段20的额外结构构件52，和/或转子叶片16的任何其它合适的结构构件。此外，叶片根部区段20构造成安装或以其它方式固定到转子18(图1)。另外，如图2中示出的，转子叶片16限定翼展23，其等于叶片根部区段20与叶片末端区段22之间的总长度。如图2和图6中示出的，转子叶片16还限定翼弦25，其等于转子叶片16的前缘40与转子叶片16的后缘42之间的总长度。如大体上理解的，随着转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22，翼弦25大体上可相对于翼展23在长度上变化。
特别地参照图2-7，具有任何合适尺寸和/或形状的任何数量的叶片节段21大体上可沿纵向轴线27在大体上沿翼展的方向上布置在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳体/覆盖物，且可限定基本空气动力学的轮廓，诸如通过限定对称的或弧形的翼型形状的截面。在额外的实施例中，应理解的是，叶片16的叶片节段部分可包括本文中描述的节段的任何组合，且不限于如描绘的实施例。另外，叶片节段21可由任何合适的材料构成，该材料包括但不限于可选地用一种或多种纤维材料增强的热固性材料或热塑性材料。更特别地，在某些实施例中，叶片节段21可包括以下叶片节段中的任何一个或其组合：压力侧节段44和/或吸力侧节段46(图2和图3)、前缘节段24和/或后缘节段26(图2-6)、无接头的节段、单接头的节段、多接头的叶片节段、J形叶片节段或类似物。
更特别地，如图4中示出的，前缘节段24可具有前部压力侧表面28和前部吸力侧表面30。类似地，如图5中示出的，后缘节段26中的每个可具有后部压力侧表面32和后部吸力侧表面34。因此，前缘节段24的前部压力侧表面28和后缘节段26的后部压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段24的前部吸力侧表面30和后缘节段26的后部吸力侧表面34大体上限定转子叶片16的吸力侧表面。另外，如图6中特别示出的，前缘节段24和后缘节段26可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处连结。例如，叶片节段24、26可构造成在压力侧接缝36和/或吸力侧接缝38处重叠。此外，如图2中示出的，相邻叶片节段24、26可构造成在接缝54处重叠。因此，在叶片节段至少部分地由热塑性材料构成的情况下，相邻叶片节段21可沿接缝36、38、54焊接在一起，其将在本文中更详细地论述。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的各节段可经由构造在重叠的前缘节段24与后缘节段26和/或重叠的相邻前缘节段24或后缘节段26之间的粘合剂56(或机械紧固件)来固定在一起。
在特定的实施例中，如图2-3和图6-7中示出的，叶片根部区段20可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48、50。例如，叶片根部区段20可根据2015年6月29日提交的编号为14/753,155的题为“Blade Root Section for a Modular Rotor Blade andMethod of Manufacturing Same(用于模块化转子叶片的叶片根部区段和制造其的方法)”的美国申请来构造，该美国申请通过引用以其整体结合于本文中。
类似地，叶片末端区段22可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51、53。更特别地，如示出的，翼梁帽48、50、51、53可构造成接合抵靠转子叶片16的叶片节段21的相反内表面。此外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末端翼梁帽51、53对准。因此，翼梁帽48、50、51、53大体上可设计成控制在风力涡轮10的操作期间在大体上沿翼展的方向(与转子叶片16的翼展23平行的方向)上作用于转子叶片16的弯曲应力和/或其它负载。另外，翼梁帽48、50、51、53可设计成承受在风力涡轮10的操作期间出现的沿翼展的压缩。此外，翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22或其一部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末端区段22可经由它们相应的翼梁帽48、50、51、53来连结在一起。
另外，翼梁帽48、50、51、53可由任何合适的材料(例如热塑性或热固性材料或其组合)构成。此外，翼梁帽48、50、51、53可由热塑性或热固性树脂拉挤成。如本文中使用的，用语“拉挤”、“拉挤物”或类似物大体上包含增强材料(例如纤维或者织造或编织的线)，其用树脂浸渍且拉动通过固定模，使得树脂固化或经历聚合。因而，二维(2D)拉挤工艺典型地以产生具有恒定截面的复合零件的复合材料的连续工艺为特征。因此，预固化复合材料可包括由增强的热固性或热塑性材料构成的拉挤物。此外，翼梁帽48、50、51、53可由相同的预固化复合物或不同的预固化复合物来形成。另外，拉挤构件可由粗纱产生，该粗纱大体上包含长且窄束的纤维，该纤维不组合，直到由固化的树脂所连结。
此外，3D拉挤大体上以类似于2D拉挤但可适应三维弯曲轮廓的制造工艺为特征。另外，3D拉挤工艺可用来生成具有多种非线性或可变截面形状而不是恒定截面的拉挤构件。
参照图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。更特别地，抗剪腹板35可构造成增加叶片根部区段20和/或叶片末端区段22中的刚性。此外，抗剪腹板35可构造成闭合(close out)叶片根部区段20。
另外，如图2和图3中示出的，额外结构构件52可固定到叶片根部区段20且在大体上沿翼展的方向上延伸。例如，结构构件52可根据2015年6月29日提交的编号为14/753,150的题为“Structural Component for a Modular Rotor Blade(用于模块化转子叶片的结构构件)”的美国申请来构造，该美国申请通过引用以其整体结合于本文中。更特别地，结构构件52可在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间延伸任何合适的距离。因此，如本文中描述的，结构构件52构造成为转子叶片16提供额外的结构支承，以及为各叶片节段21提供可选的安装结构。例如，在某些实施例中，结构构件52可固定到叶片根部区段20且可延伸预定的沿翼展距离，使得前缘节段24和/或后缘节段26可安装到其。
现在参照图8-17，示出用于制造转子叶片和其各构件(诸如翼梁帽)的改进方法。更特别地，如图8中示出的，示出用于制造风力涡轮10的转子叶片16的翼梁帽(例如，翼梁帽48、50)的方法100的一个实施例的流程图。如102处示出的，方法100包括经由3D拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽48的外框架58。更特别地，在一个实施例中，拉挤翼梁帽48的外框架58的步骤可包括由用一种或多种纤维材料增强的热塑性材料拉挤成外框架58。在此类实施例中，纤维材料可包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚合物纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、木纤维、竹纤维或其组合。因此，如图9中示出的，外框架58可为热塑性的纤维增强的构件，其具有基部64、从基部64延伸的垂直侧壁66以及与基部64相反的开放端70。在此外的实施例中，外框架58可具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片16的沿其翼展23的变化的截面。在额外的实施例中，基部64可用作结构材料层，从而减小翼梁帽48、50内所需要的额外结构材料60的层数，其在下文更详细地论述。
在另一实施例中，拉挤翼梁帽48的外框架58的步骤可包括拉挤外框架58的延伸的侧边缘68。例如，如图9和图13中示出的(下部的翼梁帽48)，延伸的侧边缘68可构造为抗剪夹75以用于附接到转子叶片16的抗剪腹板35。另外，如图14中示出的，延伸的侧边缘68可在用于一个或多个带72的附接点处使用，该一个或多个带72可附接到翼梁帽48的外框架58。因而，在制造工艺期间，例如经由起重机86，可容易提升和/或移动翼梁帽48的外框架58。在此类实施例中，间隔件84可与外框架58的开放端70结合使用，以便防止侧边缘68在翼梁帽48提升时向内倒塌。
备选地，如图12中示出的(上部的翼梁帽50)，方法100可包括使延伸的侧边缘68朝外框架58的中心80折叠以便将结构材料60保持于其中，例如在结构材料60固定于外框架58内之前。在还备选的实施例中，如图13中示出的(上部的翼梁帽50)，方法100可包括使延伸的侧边缘68远离外框架58的中心80折叠以产生相反凸缘82。因此，如示出的，方法100还可包括将凸缘82固定到转子叶片16的压力侧表面31和/或吸力侧表面33。在此外的实施例中，如图12中示出的(下部的翼梁帽48)，方法100可包括从外框架58去除延伸的侧边缘68。
往回参照图8，如104处示出的，方法100还包括在翼梁帽48的拉挤外框架58内布置多种结构材料60。更特别地，结构材料60可包括热塑性或热固性层片或拉挤部件或板。此外，如图9和图12-14中示出的，方法100可包括在翼梁帽48的外框架58内布置结构材料60的多个层74，以及在结构材料60的层74之间布置一个或多个非结构层77。更特别地，在某些实施例中，非结构材料77可包括玻璃罩、连续纤维垫或织物材料(诸如轻质双轴玻璃织物)。因此，非结构层77构造成用作用于各灌注工艺的工艺助剂和连结介质，通过例如促进树脂流动、浸湿以及最终在结构层74之间的树脂连接。另外，非拉挤结构层和/或非结构层(基本柔性的顺应层)两者可用来帮助填充层堆叠与外框架58之间的任何间隙或空隙。
仍参照图8，如106处示出的，方法100包括经由树脂材料62将结构材料60和外框架58灌注在一起，以便形成翼梁帽48。更特别地，结构材料60和外框架58可经由注射模塑、热成型、真空成型或真空灌注来灌注在一起。因而，外框架58构造成在然后构件连结或灌注在一起之前将翼梁帽48的结构材料60保持在它们的期望位置中。此外，在一个实施例中，树脂材料62可包括热固性材料、热塑性材料或类似物中的至少一种或其组合。因此，如108处示出的，方法100可包括允许翼梁帽48固化。
在另一实施例中，如图10和图11中示出的，外框架58的侧壁66可包括构造成用于增加其柔性的一个或多个特征。因而，外框架58可容易安装到叶片表面中的任一个。例如，如图10中示出的，外框架58的侧壁66包括多个穿孔线76。因而，穿孔线76允许侧壁66随多种叶片表面的曲率弯曲和屈曲。备选地，如图11中示出的，外框架58的侧壁66可包括构造成增加其柔性的一个或多个槽78或间隙。在侧壁66中提供槽78或间隙的另一优点包括当将结构材料60灌注于其中时允许树脂材料更容易在外框架58中和围绕外框架58流动。
现在参照图15，示出用于制造风力涡轮10的转子叶片16的翼梁帽的方法200的另一实施例的流程图。如202处示出的，方法200包括形成翼梁帽(例如翼梁帽48、50)的外框架。更特别地，在一个实施例中，形成翼梁帽48的外框架58的步骤可包括加热热固性或热塑性材料，以及使材料形成为期望的叶片形状。备选地，形成翼梁帽48的外框架58的步骤可包括经由3D拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成外框架58。
此外，如204处示出的，方法200包括机加工多种结构材料60。更特别地，如本文中使用的，机加工的步骤可包括但不限于切割(例如激光喷射、水喷射)、倒角、表面准备(例如化学、机械或其它)、划线、清洁、标签、涂覆或任何其它合适的机加工工艺。此外，如提到的，如本文中描述的结构材料60可包括热塑性或热固性层片或拉挤部件。如206处示出的，方法200包括在机加工之后将结构材料60直接分配到翼梁帽48的外框架58中。因此，在此类实施例中，从而可消除常规的翼梁帽模具。
仍参照图15，如206处示出的，方法200包括经由热塑性或热固性树脂材料中的至少一种将结构材料60和外框架58灌注在一起，以便形成翼梁帽48。更特别地，如提到的，结构材料60和外框架58可经由注射模塑、热成型、真空成型或真空灌注来灌注在一起。另外，如208处示出的，方法200包括允许翼梁帽48固化。
现在参照图16，示出用于制造风力涡轮10的转子叶片16的方法300的一个实施例的流程图。如302处示出的，方法300包括经由3D拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成翼梁帽48的外框架58。因而，外框架58具有变化的截面，该变化的截面对应于转子叶片16的沿其翼展23的变化的截面。如304处示出的，方法300包括在第一翼梁帽48的拉挤外框架58内布置多种结构材料60(例如热塑性或热固性层片或拉挤部件或板)。如306处示出的，方法300包括将结构材料60和外框架58固定在一起，以便形成第一翼梁帽48。
此外，如308处示出的，方法300包括将第一翼梁帽48的外框架58连结到转子叶片16的压力侧表面31或吸力侧表面33中的至少一个的内表面。更特别地，在一个实施例中，将翼梁帽48的外框架58连结到压力侧表面31或吸力侧表面33的内表面的步骤可包括将压力侧表面31或吸力侧表面33中的至少一个的外蒙皮层铺设到壳模具中，将翼梁帽48的外框架58与外蒙皮相邻放置，将压力侧表面31或吸力侧表面33中的至少一个的内蒙皮层铺设在翼梁帽48的顶上，以及在外蒙皮层与内蒙皮层之间灌注翼梁帽48。备选地，翼梁帽48的外框架58可经由焊接或结合来连结到压力侧表面31或吸力侧表面33中的任一者。
在另一实施例中，如图13中示出的，方法300可包括形成第二翼梁帽50，将第一翼梁帽48和第二翼梁帽50中的一个连结到压力侧表面31且将第一翼梁帽48和第二翼梁帽50中的另一个连结到吸力侧表面33，以及将抗剪腹板35固定在第一翼梁帽48与第二翼梁帽50之间。更特别地，如示出的，方法300可包括将抗剪腹板35固定到翼梁帽48、50的外框架58的延伸的侧边缘68。
在此外的实施例中，如图14中示出的，方法300可包括将一个或多个带72附接到翼梁帽48的外框架58的延伸的侧边缘68(例如在一个或多个附接位置88处)，以及经由带72将翼梁帽48放置到壳模具中(例如经由提升装置86，诸如起重机、叉式提升器或类似物)。备选地，方法300可包括围绕翼梁帽48的外框架58附接一个或多个带72(如由虚线所指示的)，以及经由带72将翼梁帽48放置到壳模具中。
现在参照图17，示出用于制造风力涡轮10的转子叶片16的方法400的一个实施例的流程图。如402处示出的，方法400包括形成翼梁帽(例如翼梁帽48、50中的一个)的外框架58。如404处示出的，方法400包括机加工多种结构材料60，诸如本文中描述的那些。如406处示出的，方法400包括在机加工之后将多种结构材料60直接分配到翼梁帽48的外框架58中。如408处示出的，方法400包括经由热塑性或热固性树脂材料中的至少一种将多种结构材料60和外框架58灌注在一起，以便形成翼梁帽48。如402处示出的，方法410包括将翼梁帽48的外框架58连结到转子叶片16的压力侧表面31或吸力侧表面33中的至少一个的内表面。
虽然相对于特定的示例性实施例和其方法详细地描述了本主题，将了解的是，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时可容易产生对此类实施例的变更、变化和等同物。因此，本公开内容的范围作为示例而不是作为限制，且本公开内容不排除包括如对本领域普通技术人员将容易显见的对本主题的此类修改、变化和/或添加。
Claims (20)
1.一种用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法，所述方法包括：
经由三维(3D)拉挤、热成型或3D打印中的至少一种来形成所述翼梁帽的外框架，所述外框架具有变化的截面，所述变化的截面对应于所述转子叶片的沿其翼展的变化的截面；
在所述翼梁帽的拉挤外框架内布置多种结构材料，所述多种结构材料包括热塑性或热固性层片或拉挤部件中的至少一种；
经由树脂材料将所述多种结构材料和所述外框架灌注在一起，以便形成所述翼梁帽；以及
允许所述翼梁帽固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拉挤所述翼梁帽的外框架还包括由用一种或多种纤维材料增强的热塑性材料拉挤成所述外框架。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一种或多种纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚合物纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、木纤维、竹纤维中的至少一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拉挤所述翼梁帽的外框架还包括拉挤所述外框架的延伸的侧边缘，所述延伸的侧边缘构造为抗剪夹以用于附接到所述转子叶片的抗剪腹板。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述延伸的侧边缘朝所述外框架的中心折叠以便将所述多种结构材料保持于其中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述延伸的侧边缘远离所述外框架的中心折叠以产生相反凸缘，以及将所述凸缘固定到所述转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的一个。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述外框架去除所述延伸的侧边缘。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述翼梁帽的外框架内布置所述结构材料的多个层，以及在结构材料的所述层之间布置一个或多个非结构层，一种或多种非结构材料包括玻璃罩、连续纤维垫或织物材料中的至少一种。
9.一种用于制造风力涡轮的转子叶片的翼梁帽的方法，所述方法包括：
形成所述翼梁帽的外框架；
机加工多种结构材料，所述多种结构材料包括热塑性或热固性层片或拉挤部件中的至少一种；
在机加工之后将所述多种结构材料直接分配到所述翼梁帽的外框架中；
经由热塑性或热固性树脂材料中的至少一种将所述多种结构材料和所述外框架灌注在一起，以便形成所述翼梁帽；以及
允许所述翼梁帽固化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述翼梁帽的外框架还包括加热热固性或热塑性材料中的至少一种，以及使所述材料形成为期望的叶片形状。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述翼梁帽的外框架还包括经由三维(3D)拉挤来拉挤所述翼梁帽的外框架。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，拉挤所述翼梁帽的外框架还包括拉挤所述外框架的延伸的侧边缘。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述延伸的侧边缘朝所述外框架的中心折叠以便将所述多种结构材料保持于其中。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述延伸的侧边缘远离所述外框架的中心折叠以产生相反凸缘，以及将所述凸缘固定到所述转子叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的一个。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述外框架去除所述延伸的侧边缘。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述翼梁帽的外框架由用一种或多种纤维材料增强的热塑性材料形成，其中所述一种或多种纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、聚合物纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、木纤维、竹纤维中的至少一种或其组合。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述翼梁帽的外框架内布置所述结构材料的多个层，以及在结构材料的所述层之间布置一个或多个非结构层，一种或多种非结构材料包括玻璃罩、连续纤维垫或织物材料中的至少一种。
18.一种用于风力涡轮的转子叶片的翼梁帽，所述翼梁帽包括：
热塑性的纤维增强的外框架，其包括基部、从所述基部延伸的垂直侧壁以及与所述基部相反的开放端；
布置在所述外框架内的多种结构材料，所述多种结构材料包括热塑性或热固性层片或拉挤部件中的至少一种；以及
固化的树脂材料，其将所述多种结构材料固定在所述外框架内。
19.根据权利要求18所述的翼梁帽，其特征在于，所述外框架经由三维拉挤工艺来形成，且包括变化的截面，所述变化的截面对应于所述转子叶片的沿其翼展的变化的截面。
20.根据权利要求18所述的翼梁帽，其特征在于，所述侧壁还包括构造成增加所述外框架的柔性的一个或多个槽或穿孔线。
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